Un Estudio Muestra Que Es Posible Clonar Información Cuántica Del Pasado

Estudio revela la posibilidad de clonar información cuántica del pasado

Un estudio recientemente publicado muestra que es posible clonar información cuántica del pasado, lo que permite que una partícula, o un viajero en el tiempo, realice múltiples bucles hacia atrás en el tiempo.

Programas de televisión populares como “Doctor Who” han llevado la idea del viaje en el tiempo a la lengua vernácula de la cultura popular. Pero el problema del viaje en el tiempo es aún más complicado de lo que uno podría pensar. Mark Wilde de LSU ha demostrado que, en teoría, los viajeros del tiempo podrían copiar datos cuánticos del pasado.

Todo comenzó cuando David Deutsch, un pionero de computación cuántica y un físico de Oxford, idearon un modelo simplificado de viaje en el tiempo para hacer frente a las paradojas que ocurrirían si uno pudiera viajar al pasado. Por ejemplo, ¿sería posible viajar atrás en el tiempo para matar al abuelo? En la paradoja del abuelo, un viajero en el tiempo se enfrenta al problema de que si mata a su abuelo en el tiempo, él mismo nunca nace y, en consecuencia, no puede viajar en el tiempo para matar a su abuelo, etc. Algunos teóricos han utilizado esta paradoja para argumentar que en realidad es imposible cambiar el pasado.

“La pregunta es, ¿cómo habrías existido en primer lugar para retroceder en el tiempo y matar a tu abuelo?” dijo Mark Wilde, profesor asistente de LSU con un nombramiento conjunto en el Departamento de Física y Astronomía y con el Centro de Computación y Tecnología, o CCT.

Deutsch resolvió la paradoja del abuelo originalmente usando un ligero cambio a la teoría cuántica, proponiendo que podría cambiar el pasado siempre que lo hiciera de una manera autoconsistente.

“Lo que significa que, si matas a tu abuelo, lo haces con una probabilidad de la mitad”, dijo Wilde. “Entonces, él está muerto con una probabilidad de la mitad, y tú no naces con una probabilidad de la mitad, pero lo contrario es una posibilidad justa. Podrías haber existido con una probabilidad de la mitad para volver y matar a tu abuelo “.

Pero la paradoja del abuelo no es la única complicación del viaje en el tiempo. Otro problema es el teorema de no clonación, o teorema de no “máquina Xerox subatómica”, conocido desde 1982. Este teorema, que está relacionado con el hecho de que no se pueden copiar datos cuánticos a voluntad, es una consecuencia del famoso Principio de Incertidumbre de Heisenberg. , por el cual se puede medir la posición de una partícula o su momento, pero no ambos con ilimitado exactitud . De acuerdo con el principio de incertidumbre, es imposible tener una máquina Xerox subatómica que tomaría una partícula y escupiría dos partículas con la misma posición y momento, porque entonces sabría demasiado sobre ambas partículas a la vez.

“Siempre podemos mirar un papel y luego copiar las palabras en él. Eso es lo que llamamos copiar datos clásicos ”, dijo Wilde. “Pero no se pueden copiar arbitrariamente datos cuánticos, a menos que tomen la forma especial de datos clásicos. Este teorema de no clonación es una parte fundamental de la mecánica cuántica: nos ayuda a razonar cómo procesar datos cuánticos. Si no puede copiar datos, entonces debe pensar en todo de una manera muy diferente “.

Pero, ¿qué pasaría si una curva de tiempo cerrada de Alemania permitiera copiar datos cuánticos en muchos puntos diferentes en el espacio? Según Wilde, Deutsch sugirió en su artículo de finales del siglo XX que debería ser posible violar el teorema fundamental de no clonación de la mecánica cuántica. Ahora, Wilde y colaboradores de la Universidad del Sur de California y la Universidad Autónoma de Barcelona han avanzado el trabajo de Deutsch de 1991 con un artículo reciente en Physical Review Letters (DOI: 10.1103 / PhysRevLett.111.190401). El nuevo enfoque permite que una partícula, o un viajero en el tiempo, realice múltiples bucles hacia atrás en el tiempo, algo como los viajes de Bruce Willis en la película de Hollywood “Looper”.

“Es decir, en ciertos lugares en el espacio-tiempo, hay agujeros de gusano que, si saltas, emergerás en algún momento del pasado”, dijo Wilde. “Hasta donde sabemos, estos ciclos de tiempo no están descartados por las leyes de la física. Pero hay consecuencias extrañas para el procesamiento de información cuántica si su comportamiento es dictado por el modelo de Deutsch “.

Una única trayectoria de bucle hacia atrás en el tiempo, una especie de espiral de tiempo, que se comporte de acuerdo con el modelo de Deutsch, por ejemplo, tendría que permitir que una partícula que ingrese al bucle permanezca igual cada vez que pase por un punto particular en el tiempo. En otras palabras, la partícula necesitaría mantener la consistencia propia a medida que retrocedía en el tiempo.

“En cierto sentido, esto ya permite copiar los datos de la partícula en muchos puntos diferentes del espacio”, dijo Wilde, “porque estás enviando la partícula de regreso muchas veces. Es como si tuviera varias versiones de la partícula disponibles al mismo tiempo. Luego puede intentar leer más copias de la partícula, pero la cosa es que si intenta hacerlo mientras la partícula retrocede en el tiempo, entonces cambia el pasado “.

Para ser coherente con el modelo de Deutsch, que sostiene que solo se puede cambiar el pasado siempre y cuando se pueda hacerlo de manera coherente, Wilde y sus colegas tuvieron que encontrar una solución que permitiera una curva en bucle hacia atrás en el tiempo. y copia de datos cuánticos basados ​​en una partícula que viaja en el tiempo, sin perturbar el pasado.

“Ese fue el gran avance, descubrir qué podría suceder al comienzo de este ciclo de tiempo para permitirnos leer de manera efectiva muchas copias de los datos sin alterar el pasado”, dijo Wilde. “Simplemente funcionó”.

Sin embargo, todavía existe cierta controversia sobre las interpretaciones del nuevo enfoque, dijo Wilde. En un caso, el nuevo enfoque en realidad puede apuntar a problemas en el modelo de curva de tiempo cerrado original de Deutsch.

“Si la mecánica cuántica se modifica de tal manera que nunca hemos observado que suceda, puede ser una evidencia de que deberíamos cuestionar el modelo de Deutsch”, dijo Wilde. “Realmente creemos que la mecánica cuántica es cierta, en este momento. Y la mayoría de la gente cree en un principio llamado Unitaridad en mecánica cuántica. Pero con nuestro nuevo modelo, hemos demostrado que esencialmente se puede violar algo que es una consecuencia directa de Unitarity. Para mí, esto es una indicación de que algo extraño está sucediendo con el modelo de Deutsch. Sin embargo, podría haber alguna forma de modificar el modelo de tal manera que no violemos el teorema de no clonación “.

Otros investigadores argumentan que el enfoque de Wilde en realidad no permitiría copiar datos cuánticos de un estado de partícula desconocido que ingresa al ciclo de tiempo porque la naturaleza ya “sabría” cómo era la partícula, ya que había viajado en el tiempo muchas veces antes.

Pero ya sea que el teorema de no clonación se pueda violar realmente o no, como sugiere el nuevo enfoque de Wilde, las consecuencias de poder copiar datos cuánticos del pasado son significativas. Los sistemas para comunicaciones seguras por Internet, por ejemplo, probablemente dependerán pronto de protocolos de seguridad cuántica que podrían romperse o “piratearse” si los métodos de bucle de viaje en el tiempo de Wilde fueran correctos.

“Si un adversario, si una persona malintencionada, tuviera acceso a estos ciclos de tiempo, entonces podría romper la seguridad de la distribución de claves cuánticas”, dijo Wilde. “Esa es una forma de interpretarlo. Pero es una implicación práctica muy fuerte porque el gran impulso de la comunicación cuántica es esta forma segura de comunicarse. Creemos que esta es la forma más sólida de cifrado que existe porque se basa en principios físicos “.

Hoy en día, cuando inicia sesión en su Gmail o Facebook, su contraseña y el cifrado de información no se basan en los principios físicos de la seguridad mecánica cuántica, sino en la suposición computacional de que es muy difícil para los “piratas informáticos” factorizar productos matemáticos de números primos. por ejemplo. Pero los físicos y los informáticos están trabajando para asegurar las comunicaciones críticas y sensibles utilizando los principios de la mecánica cuántica. Se cree que tal cifrado es irrompible, es decir, siempre que los piratas informáticos no tengan acceso a las curvas cerradas en bucle de Wilde.

“Esta capacidad de copiar información cuántica libremente convertiría la teoría cuántica en una teoría clásica en la que, por ejemplo, los datos clásicos que se cree que están asegurados por la criptografía cuántica ya no serían seguros”, dijo Wilde. “Parece que debería haber una revisión del modelo de Deutsch que resolvería simultáneamente las diversas paradojas del viaje en el tiempo, pero no conduciría a consecuencias tan sorprendentes para el procesamiento de información cuántica. Sin embargo, nadie ha ofrecido todavía un modelo que cumpla con estos dos requisitos. Este es el tema de la investigación abierta “.

Publicación : Todd A. Brun, et al., “Clonación de estado cuántico utilizando curvas cerradas de tipo temporal de Alemania”, Phys. Rev. Lett. 111, 190401, 2013; DOI: 10.1103 / PhysRevLett.111.190401

Copia en PDF del estudio : Clonación en estado cuántico utilizando curvas cerradas de tipo tiempo de Deutschian

Imagen: imagen de Time Warp de SHutterstock

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